如何避免2.4GHz ISM频段下各种无线设备的干扰
时间：02-10
来源：我爱研发网
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赛普拉斯半导体
随着越来越多的公司生产使用 2.4GHz 频段的产品，设计人员必须处理来自其他信源的更多信号。管理免许可频段的规定表明，您的设备必须考虑干扰问题。
设计人员如何使处于这种苛刻条件下的 2.4 GHz 解决方案获得最大性能呢？产品往往在受控的实验室环境下工作得很好，但在现场却会由于受到其它2.4GHz解决方案的影响而使性能显著下降。目前，2.4 GHz 频段下存在 Wi-Fi、蓝牙和 ZigBee 等不同标准，绝大多数产品是以标准制定者所提供的方法来实现，不过，通过控制协议，设计人员能通过一定的措施将其他信号源的干扰问题降至最低。
在本文中，我们将探讨 2.4 GHz 无线系统中的各种干扰控制技术，并介绍如何运用低级工具实现 2.4 GHz 设计方案中的频率稳定性。
Wi-Fi
跳频扩频(FHSS)和直接序列扩频(DSSS)是两种免许可 2.4 GHz ISM 频段中射频调制的方法。蓝牙使用FHSS，而 WirelessUSB、802.11b/g/a(也就是常说的 Wi-Fi)和802.15.4(与上层网络层相结合时称作ZigBee)则使用 DSSS。所有这些技术都工作于全球通用的 ISM 频段(即 2.400"2.483 GHz)(见图 1)。
图 1：工作在 2.4 GHz 频段中无线系统的信号比较。
采用 Wi-Fi 的主要推动因素是数据吞吐量。Wi-Fi 通常用于计算机和本地局域网(LAN)的连接(并通过 LAN 间接连接到因特网上)。目前大多数Wi-Fi设备为可每天充电的笔记本电脑或用市电供电的接入点，因此对供电问题并不敏感。
Wi-Fi 使用 DSSS 技术，每个通道的带宽为 22 MHz，故允许同时采用三个均匀分布的通道而不会互相重叠。每个 Wi-Fi 接入点使用的通道均需手动配置；Wi-Fi客户会搜索所有通道中的可用接入点。
802.11 采用一种称为巴克(Barker)码的11位伪随机噪声(PN)码来对每一原始数据速率为1及2Mbps的信息位进行编码。为实现更高的数据速率，802.11b通过补码键控技术(CCK)将 6 个信息位编码为一个 8 码片符号。
CCK 算法中有 64 个可以使用的符号，要求每个 802.11b 无线电设备均包括 64 个单独的相关器(即用于将符号转化为信息位的器件)，这虽然会增加无线电设备的复杂性与成本，但能将数据速率提高至 11 Mbps。
蓝牙
蓝牙技术则侧重于蜂窝手机、耳机与PDA之间自适应组网的互操作性。大多数蓝牙设备都需要定期充电。
蓝牙采用 FHSS 并将 2.4GHz ISM 频段划分成 79 个 1MHz 的通道。蓝牙设备以伪随机码方式在这 79 个通道间每秒钟跳 1,600 次。所连接蓝牙设备被分组到称为微网(piconet)的网络中；每个微网均包括一个主设备和多达 7 个有效从设备。每个微网的通道跳频顺序源于主设备的时钟，所有从设备都必须保持与此时钟同步。
通过将数据包报头中的每个位发送三次，可对所有数据包报头执行前向纠错(FEC)。亦可将汉明(Hamming)码用于某类数据包数据有效载荷的前向纠错。汉明码虽会对每一个数据包带来 50% 的额外开销，但能纠正每个 15 位码字(每个 15 位码字包含 10 个信息位)中所有一位错误并检测两位错误。
表1
WirelessUSB
WirelessUSB设计旨在取代计算机输入设备(鼠标、键盘等)的有线连接，且其目标还瞄准无线传感器市场。WirelessUSB设备无需定期充电，用碱性电池能工作数月。
WirelessUSB采用无线电信号技术，类似于蓝牙标准，，但其采用 DSSS 而不是 FHSS 技术进行调制。每个 WirelessUSB 通道宽度1 MHz，允许 WirelessUSB 像蓝牙那样将 2.4 GHz ISM频段分为 79 个 1 MHz 通道。
WirelessUSB 设备具有频率捷变性，换言之，它们虽然采用"固定"通道，但在最初通道的链接质量不佳时又能动态改变通道。
WirelessUSB使用伪随机噪声(PN)码对每个信息位进行编码。大多数 WirelessUSB 系统均使用两个32码片PN码，以便在每个 32 码片符号中可编码两个信息位。这种方案可纠正多达 3 个码片错误(每符号)，并能检测到多达 10 个码片错误(每符号)。尽管使用 32 码片(有时甚至是 64 码片)PN码会将 WirelessUSB 的数据速率限制在 62.5 kbps 上，但其数据完整性则远高于蓝牙，尤其在噪声环境下更是如此。
ZigBee
ZigBee设计旨在作为传感和控制网络的标准化解决方案，大多数 ZigBee 设备都对用电非常敏感(如自动调温器、安全感应器等)，其电池寿命可以年来计算。
ZigBee可采用 868MHz 频段(欧洲)、915MHz 频段(北美)及 2.4GHz ISM
随着越来越多的公司生产使用 2.4GHz 频段的产品，设计人员必须处理来自其他信源的更多信号。管理免许可频段的规定表明，您的设备必须考虑干扰问题。
设计人员如何使处于这种苛刻条件下的 2.4 GHz 解决方案获得最大性能呢？产品往往在受控的实验室环境下工作得很好，但在现场却会由于受到其它2.4GHz解决方案的影响而使性能显著下降。目前，2.4 GHz 频段下存在 Wi-Fi、蓝牙和 ZigBee 等不同标准，绝大多数产品是以标准制定者所提供的方法来实现，不过，通过控制协议，设计人员能通过一定的措施将其他信号源的干扰问题降至最低。
在本文中，我们将探讨 2.4 GHz 无线系统中的各种干扰控制技术，并介绍如何运用低级工具实现 2.4 GHz 设计方案中的频率稳定性。
Wi-Fi
跳频扩频(FHSS)和直接序列扩频(DSSS)是两种免许可 2.4 GHz ISM 频段中射频调制的方法。蓝牙使用FHSS，而 WirelessUSB、802.11b/g/a(也就是常说的 Wi-Fi)和802.15.4(与上层网络层相结合时称作ZigBee)则使用 DSSS。所有这些技术都工作于全球通用的 ISM 频段(即 2.400"2.483 GHz)(见图 1)。
图 1：工作在 2.4 GHz 频段中无线系统的信号比较。
采用 Wi-Fi 的主要推动因素是数据吞吐量。Wi-Fi 通常用于计算机和本地局域网(LAN)的连接(并通过 LAN 间接连接到因特网上)。目前大多数Wi-Fi设备为可每天充电的笔记本电脑或用市电供电的接入点，因此对供电问题并不敏感。
Wi-Fi 使用 DSSS 技术，每个通道的带宽为 22 MHz，故允许同时采用三个均匀分布的通道而不会互相重叠。每个 Wi-Fi 接入点使用的通道均需手动配置；Wi-Fi客户会搜索所有通道中的可用接入点。
802.11 采用一种称为巴克(Barker)码的11位伪随机噪声(PN)码来对每一原始数据速率为1及2Mbps的信息位进行编码。为实现更高的数据速率，802.11b通过补码键控技术(CCK)将 6 个信息位编码为一个 8 码片符号。
CCK 算法中有 64 个可以使用的符号，要求每个 802.11b 无线电设备均包括 64 个单独的相关器(即用于将符号转化为信息位的器件)，这虽然会增加无线电设备的复杂性与成本，但能将数据速率提高至 11 Mbps。
蓝牙
蓝牙技术则侧重于蜂窝手机、耳机与PDA之间自适应组网的互操作性。大多数蓝牙设备都需要定期充电。
蓝牙采用 FHSS 并将 2.4GHz ISM 频段划分成 79 个 1MHz 的通道。蓝牙设备以伪随机码方式在这 79 个通道间每秒钟跳 1,600 次。所连接蓝牙设备被分组到称为微网(piconet)的网络中；每个微网均包括一个主设备和多达 7 个有效从设备。每个微网的通道跳频顺序源于主设备的时钟，所有从设备都必须保持与此时钟同步。
通过将数据包报头中的每个位发送三次，可对所有数据包报头执行前向纠错(FEC)。亦可将汉明(Hamming)码用于某类数据包数据有效载荷的前向纠错。汉明码虽会对每一个数据包带来 50% 的额外开销，但能纠正每个 15 位码字(每个 15 位码字包含 10 个信息位)中所有一位错误并检测两位错误。
表1
WirelessUSB
WirelessUSB设计旨在取代计算机输入设备(鼠标、键盘等)的有线连接，且其目标还瞄准无线传感器市场。WirelessUSB设备无需定期充电，用碱性电池能工作数月。
WirelessUSB采用无线电信号技术，类似于蓝牙标准，，但其采用 DSSS 而不是 FHSS 技术进行调制。每个 WirelessUSB 通道宽度1 MHz，允许 WirelessUSB 像蓝牙那样将 2.4 GHz ISM频段分为 79 个 1 MHz 通道。
WirelessUSB 设备具有频率捷变性，换言之，它们虽然采用"固定"通道，但在最初通道的链接质量不佳时又能动态改变通道。
WirelessUSB使用伪随机噪声(PN)码对每个信息位进行编码。大多数 WirelessUSB 系统均使用两个32码片PN码，以便在每个 32 码片符号中可编码两个信息位。这种方案可纠正多达 3 个码片错误(每符号)，并能检测到多达 10 个码片错误(每符号)。尽管使用 32 码片(有时甚至是 64 码片)PN码会将 WirelessUSB 的数据速率限制在 62.5 kbps 上，但其数据完整性则远高于蓝牙，尤其在噪声环境下更是如此。
ZigBee
ZigBee设计旨在作为传感和控制网络的标准化解决方案，大多数 ZigBee 设备都对用电非常敏感(如自动调温器、安全感应器等)，其电池寿命可以年来计算。
ZigBee可采用 868MHz 频段(欧洲)、915MHz 频段(北美)及 2.4GHz ISM
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